鉅大LARGE | 點擊量：750次 | 2018年11月08日
動力電池中、美、德、日四國大戰(zhàn)
汽車快速電動化，使得動力電池成為大國競爭新戰(zhàn)場。中國、美國、德國、日本四個全球科技創(chuàng)新大國，都在動力電池上發(fā)力，希望奪取下一代出行工具利潤最豐厚的市場。
近日，第十一屆國際電動車用新型鋰電池會議（ABAA11）在浙江湖州舉行。ABAA是全球一流的動力電池會議，現(xiàn)任主席是美國阿貢國家實驗室杰出學者和高級電池工程主管KhalilAmine。當天會議，開幕客套話過后，就是重頭戲：中美德日四國代表上臺介紹了動力電池研究的目標、機制和進展。
先來看看四國的發(fā)言代表。
這個陣容，發(fā)言應有足夠代表性。
中國：300wh/kg的2020目標接近實現(xiàn)
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
歐陽明高在演講中開宗明義，電動汽車的競爭，主要取決于電池。而競爭主要圍繞電池成本和效率（cost-efficient）展開。
中國2020動力電池研究目標，也由電動汽車的目標倒推而來。到2020年，A0級電動汽車能耗要達到10kwh/百公里；A0級電動汽車總成本，可以和燃油汽車競爭。
在電池方面，無疑需要提升電池的性能，主要在于能量密度、電池壽命、成本控制、梯次利用和回收。同時，電池的安全管理能力也需要提升。
歐陽明高介紹了在高比能量、低成本電池（300wh/kg，100$/kwh）研究上，目前中國的進展。
這就是他此前透露的、科技部新能源車重大專項動力電池專項研究。CATL、力神和國軒，采用高鎳正極和硅碳負極。歐陽明高評價，一些性能已經(jīng)接近應用要求，但安全性能還沒有完全達到國標要求。
他舉CATL的研究數(shù)據(jù)表明，能量密度達到304瓦時/公斤，循環(huán)壽命在25℃時可達1200次，在45℃時可達800次。
至于2020年之后，歐陽明高透露，中國動力電池2025年能量密度目標400wh/kg，材料體系應該是富鋰錳基正極+高比能硅碳負極；2030年，能量密度目標是500wh/kg，材料體系方面，正負極仍是富鋰錳基正極+高比能硅碳負極，但是電解液將演變?yōu)楣虘B(tài)電解液。
美國：降鈷或去鈷著力降低成本
DavidHowell介紹，美國能源部的研究著重于電池材料革新、電芯電化學優(yōu)化、增強可持續(xù)性和降低成本。
具體的戰(zhàn)略目標是：到2022年9月，電池包的成本要降到150$/kwh（2018年是197$/kwh）。方法是：有效降低或者解脫電池對重要材料的依賴，比如說鈷，以及回收利用動力電池材料。同時，他們也希望能夠研發(fā)出15分鐘充滿的安全電池。
在這樣成本提升的過程當中，技術(shù)路線和各國差不都，從目前的石墨/高壓鎳鈷錳，到硅/高壓鎳鈷錳，最后過渡到鋰金屬電池或者鋰硫電池——大約在2030年，電池包成本降到80$/kwh。
降成本的最重要手段就是低鈷或者無鈷。低鈷主要的技術(shù)路線是高鎳811，尋求用錳、鎳、鈦來替代鈷。去鈷則是鎳錳、鐵錳、鋁鎳作為正極等方向。
看起來美國的動力電池研究更追求降低成本，對性能提升不那么重視？
也不是。
DavidHowell還介紹了Battery500計劃。2016年7月，當時的奧巴馬政府宣布發(fā)起了Battery500計劃，用五年、投資額5，000萬美元，打造能量密度500wh/kg，循環(huán)壽命1000次的電芯。
這一電池的技術(shù)路線是高比能鋰離子正極（鎳鈷錳）和鋰金屬負極。2017年這一項目已經(jīng)實現(xiàn)了309wh/kg，但循環(huán)次數(shù)只有275次；2018年，已經(jīng)實現(xiàn)350wh/kg，循環(huán)次數(shù)150次。
Battery500計劃聯(lián)合國家實驗室、大學和產(chǎn)業(yè)界共同攻關(guān)。當時，IBM、特斯拉都參與其中。
德國：動力電池要MadeinGerman
HerbertZeisel介紹，德國對于動力電池研發(fā)也非?？粗亍Ｔ搰褎恿﹄姵匮芯靠醋龃_保技術(shù)主權(quán)、加強創(chuàng)新能力的重要因素。
德國還發(fā)起了電池研發(fā)的資助計劃。在行動計劃中，計劃要簡化研究成果向產(chǎn)業(yè)應用轉(zhuǎn)化，以及實現(xiàn)電池“德國制造”（MadeinGerman）。具體執(zhí)行方面，這一計劃將價值鏈上下游的參與者都串聯(lián)起來，從上游的材料、到正極、負極、隔膜、電解質(zhì)、電池制造商、電池包制造和主機廠。
HerbertZeisel認為，德國在電池整個價值鏈的諸多部分都都處在一個好位置。
在電芯方面德國的目標是，2020年能量密度350wh/kg，循環(huán)次數(shù)1000次，成本90歐元/kwh，而2030年實現(xiàn)能量密度400wh/kg，循環(huán)次數(shù)2000次，成本75歐元/kwh。
為了達成目標，電池研發(fā)的資助計劃將繼續(xù)支持鋰離子技術(shù)、全固態(tài)電池和新概念電池。
日本：著重電池包能量密度
Hidetakaishikoori所在的NEDO，是日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)?。愃浦袊ば挪浚┫聦俚难芯块_發(fā)機構(gòu)，成立于1980年，是為了開發(fā)能夠替代石油的新能源技術(shù)而設(shè)立的，研究內(nèi)容也包括動力電池、氫燃料電池和氫能等方面。NEDO扮演的角色，是為政府的監(jiān)管、標準等提供服務，同時推動產(chǎn)業(yè)化。
根據(jù)NEDO的技術(shù)路線圖，在2025年之前，日本動力電池將是現(xiàn)在鋰電池體系，此后電解質(zhì)將進入全固態(tài)電池階段，同時鋰硫電池也會成為主流，而到2035年左右，會有其他電池出現(xiàn)，比如鋰空氣電池。
在具體的動力電池研究目標上，日本提出，在2020年實現(xiàn)250wh/kg能量密度的電池包（注意不是電芯），成本降到20000日元/kwh以下，循環(huán)次數(shù)1000-1500次。到2030年，電池包密度達到500wh/kg，成本降到10000日元/kwh以下，循環(huán)次數(shù)1000-1500次。
目前的水平，Hidetakaishikoori舉了日產(chǎn)聆風為例，電池包能量密度還在133wh/kg。
部分觀點認為，日本不走純電動路線，直奔氫燃料電池而去。但Hidetakaishikoori發(fā)布的日本乘用車市場計劃則顯示，2020年日本希望插電式混合動力和純電動能占據(jù)15-20%的市場，氫燃料電池車只有1%；2030年，插電式混合動力和純電動能占據(jù)20-30%市場，氫燃料電池為3%。
總結(jié)：
中國科學院院士孫世剛在回答我的問題時表示，從四個國家的代表演講看，動力電池研究大的趨勢是一致的，大家都注意能量密度提升、安全性更強、成本更低。技術(shù)路線也接近。各國有些細微差別，比如美國的目標是很現(xiàn)實的，比如價格有很明確的路線。
確實，歸納四個國家的動力電池研究目標可見，各國的研究大同小異，而研究進展也沒有那個國家特別突出的。在現(xiàn)有動力電池應用方面，中國的動力電池密度已經(jīng)比較高，甚至略微激進，成本方面，應該是各國最低的，這也是中國大規(guī)模商業(yè)化應用的優(yōu)勢。
從未來的研究方向看，動力電池的材料體系還會有多輪革新，甚至可能還會有目前不知道的新電池產(chǎn)生。那么，哪個國家可能從動力電池競爭當中脫穎而出？
在ABAA會議間隙，我曾問各方這個問題。
KhalilAmine沒有直接回應，他說，中國目前在電動汽車的推廣上領(lǐng)先全球，中國動力電池也較以往進步很快，但是美國、德國等國也在高級動力電池上投入很大。言下之意，目前還難下判斷。
DavidHowell的回答是，可能沒有哪個國家會特別突出，因為各國的交流非常密切，在一個地方發(fā)明的新動力電池技術(shù)很快會被別的國家學去。具有全球視野、全球合作的企業(yè)更有機會。
孫世剛評價，中國在動力電池產(chǎn)能方面是領(lǐng)先的，技術(shù)水平方面，中國在某些方面有領(lǐng)先，但整體水平，還稱不上領(lǐng)先的地步?！拔覀冞€得大規(guī)模投入研發(fā)。特別現(xiàn)在的動力電池研發(fā)主要還在高校、研究所，如果轉(zhuǎn)換到企業(yè)研發(fā)動力比較強的時候，我們就會往前跨得快一點。”
